книги из ГПНТБ / Борсук О.А. Анализ щебнистых отложений и галечников при геоморфологических исследованиях (на примере Забайкалья)

ютами 10-25, 25-50, 50-100 мм; 100-250, 250-500, 5001000 мм; 1000-2500, 2500-5000, 500010000 мм) .

Для анализа нами отбиралась фракция 10-100 мм, так как обломоч­ ные частицы такого размера встречаются в Забайкалье во всех изу­ чаемых типах рыхлых отложений. Детальное изучение именно этих фракций общепринято. Мелкие обломки и гальки (фракция 10-25 мм) вследствие того, что они в нашем районе легко сапропелитиэируются (превращаются в хрящ, комочки неправильной формы), для изучения оказались непригодны. Для детального морфометрического анализа нами была выбрана фракция средней щебенки (гальки) размером в 25-50мм, так как обломки данных размеров встречаются почти во всех генети­ ческих типах изученных отложений. Более крупные обломки практичес­ ки очень плохо извлекались в кернах при бурении рыхлых толщ.

Для получения характеристики формы обломочных частиц измерялись длина (а), ширина (Ь), толщина (с) обломочных частиц по методике,

ражают изменение формы в зависимости от условий и были свободны от недостатков более сложных коэффициентов (Борсук, 1963).

Характеристика окатанности (округления) гальки определялась на­ ми по пятибалльной шкале А.В.Хабакова (1948а). Битая галька выделя­ лась особо, при расчетах коэффициента окатанности она записывалась в класс, к которому принадлежала до раскалывания. Общий коэффициент окатанности рассчитывался по формуле Хабакова, но только не в про­

центах, а в баллах. Возможная ошибка при определении класса окатан­ ности (округленности) - один балл.

Ориентировка обломочных частиц в пространстве определялась преж­ де всего путем измерения ориентировки длинных осей обломочных час ­ тиц и угла их наклона. Измерения производились горным компасом, точность при определении азимута простирания длинной оси обломков составляла 5 , при определении угла падения 2°. Эта ошибка возника­ ет из-за неровности поверхности обломочной частицы. При документа­ ции углов наклона оси в журнале сразу отмечалось их соотношение с углом .наклона склона. При угле наклона оси А большем, чем угол наклона склона, ставился знак * + *, при угле, меньшем угла падения склона, ставился знак " -

Обработка измерений заключалась в построении роз углов наклона и роз азимутов простирания длинных осей обломочных частиц. После

этого вносилась поправка на угол наклона склона и азимут его падения и получалась характеристика ориентировки обломочных частиц отно­ сительно поверхности склона.

В аллювиальных отложениях измерялась ориентировка (азимут па ­ дения и угол падения) плоскости наибольшего сечения галек (А х В) . Обработка измерений проводилась на круговых диаграммах. Кроме того, при изучении галечников был собран материал и по ориентиров-

20

ке длинных осей галек для привязки данных, полученных на реках Забайкалья, к тому большому материалу, который накоплен сейчас в лабораториях и при изучении галечников в различных природных ус ­ ловиях.

Изометричные гальки не измерялись, но, как показывает опыт, та ­ ких галек в природе не так уж много.

Требования статистики

Проведение анализа обломочных частиц вызывает вопрос, сколько обломочных частиц нужно измерять? Ясно, что не одну, так как один замер будет чисто случайным. Для получения устойчивых характерис­ тик, отражающих основные особенности изучаемой пачки отложений,

дено, если при отборе их пользоваться таблицей случайных чисел. Для этого гальки одной фракции выбираются из стенки обнажения или с поверхности современной руслрвой формы в большом объеме (5001000 штук), и из них производится с помощью таблицы случайных чисел выборка в 100-200 штук. Подобную выборку можно производить непосредственно на площадке, соблюдая случайность подбора галек для анализа. Приступая к сбору информации о галечниках, следует выбрать признаки, характеризующие гальки и обломочные частицы.

Во-первых, это общие признаки, которые отмечаются с целью уста ­ новления однородности изучаемых элементов совокупности (крупность и петрографический состав обломков), т.е. признаки, ограничивающие состав выборки. Во-вторых, признаки, изучение вариаций которых со ­ ставляет основную цель наблюдения (геометрическая форма, окатанность и др.). Прежде всего отбор образцов производится по узким фракциям и петрографически близким группам пород, так как в зави­ симости от размера и физических свойств пород изменяется и форма обломочных частиц. При изучении склоновых отложений выборка про­ водится для каждого из генетических типов склоновых процессов, а для аллювия - для каждого типа фаций.

Второе требование, касающееся объема выборки, освещено во мно­ гих справочных руководствах и многочисленных работах по морфомет-

с надежностью статистических выводов должен обеспечивать и мини­ мум затраты труда для получения характеристик галек.

Вариабельность, т.е. изменчивость различных характеристик как внутри пробы, так и от пробы к пробе, заставляет, кроме средних значений отдельных параметров галек (длины, ширины), также ана-

21

дартным формулам математической статистики (Митропольский, 1961). Для вычисления объема выборки требуется знать: допустимую

ошибку (которую мы вслед за инженерными рекомедациями принима­ ем равной 0,05) и вероятность, определяющую степень уверенности наших выводов. Величина вероятности нами была принята равной 0,99. Зная допустимую ошибку, меру изменчивости и величину вероятности, можно по номограмме достаточно больших чисел легко определить объем выборки ( N ) .

Объем выборки, при котором изменение средних значений от выбор­ ки к выборке остается в пределах принятой ошибки, может быть оп­ ределен и эмпирическим путем с постепенным увеличением ее объе­ ма (табл. 8).

Данные табл. 8 наглядно показывают, что замер ориентировки 100 галек дает вполне надежные результаты. Увеличение объема вы­ борки не ведет к их существенному улучшению. Если рассматривать круговые диаграммы, то даже по замерам ориентировки 25 галек

можно определить примерное направление потока. В наших исследова­ ниях для разных рек с различным гидрологическим режимом с целью экономии времени каждый раз устанавливалось минимальное число галек, которое дает вполне надежные результаты.

Полученные варьирующие признаки в каждой из выборок характе­ ризовались частотой. Графически частота изображалась гистограмма­ ми, полигонами частот. Последние аппроксимировались кривыми р а с ­ пределения.

Анализ формы кривой распределения является задачей очень важ­ ной как в практическом, так и в теоретическом отношении. Появле­ ние двухвершинной или поливершинной кривой распределения говорит о сложности состава совокупности, отражающей сложность изучаемо­ го явления. В подобных случаях требуется установить, возможно ли его разделить на более простые явления и выявить характер кривых распределения для каждого из элементарных процессов. Искажения полигона распределения возможны и за счет случайных колебаний при недостаточности выборки. Для исключения их следует увеличить выборку из той же генеральной совокупности. Если это сделать не ­ возможно, то следует аппроксимировать эмпирическую кривую р а с ­ пределения теоретической кривой распределения. Методы аппроксима­ ции кривых распределения и выравнивания рядов описаны в специаль­

ных работах по математической статистике, наиболее полно и нагляд­ но они изложены в работе А.И.Ежова "Выравнивание рядов распреде­ ления" (1961). Наиболее распространены для сравнения распределе­

встает также «опрос, насколько две или больше кривых распределения

средней арифметической и средним квадратическим отклонением. При этом в первую очередь следует выявить те их различия, которые мо-

22

Элементы

ориентиров­ III ки плоско­

сти А X В

гут быть приняты как достоверные с определенной степенью вероят­ ности. Ошибка выборочной средней арифметической рассчитывалась по формуле (Плохинский, 1961 )

ницу допустимой неточности в величинах генеральной средней при оп­

23

ряда), деленный на 6, приблизительно равен значению сигмы. Су ­ ществуют и другие способы, описанные в руководствах по статисти­ ке (Плохинский, 1961).

Исследование морфометрических характеристик обломочных частиц позволяет поставить еще одну задачу - задачу определения вида и тесноты связи между различными параметрами формы обломочных частиц. Для этих целей привлекается корреляционный анализ, пример использования которого при изучении связей между отдельными пара­ метрами обломочных частиц дал И.Ф.Бурлай (1963). Нами такие ис ­ следования были продолжены (Борсук, Симонов, 1965, 1967). Все расчеты коэффициентов корреляции проводились по стандартным фор­ мулам (Митропольский, 1961). Для установления вида связи использо­ вался анализ регрессии.

Следует остановиться еще на одном важном вопросе - простран­ ственной неоднородности обломочного материала в пределах одного генетического типа отложений, т.е. генеральной статистической со ­ вокупности. Так, на дефлюкционном склоне над зоной тектонического дробления могут быть обнаружены сильно уплощенные обломки, в це ­ лом не свойственные отложениям данного типа. Избавиться от таких случаев помогает отбор образцов в нескольких точках. Для получе­ ния надежных морфометрических характеристик обломочных частиц

1.Определение объема выборки рассматривается нами как статис­ тическая задача. Граничные условия в этой задаче устанавливаются генезисом отложений и их фациальной пестротой, а также уже извест­ ным объемом информации по характеристикам тех или иных отложе­ ний.

2.Наиболее важными характеристиками, определяющими различия выборок, являются средние арифметические значения и среднеквадратические отклонения. Исследование среднеарифметических характерис­ тик позволяет разделять различия полученных характеристик на досто­ верные и недостоверные. Вычисление различий проводится по стандартным формулам.

3.Корреляционный и регрессионный анализы применялись для вы ­ числения вида и тесноты связи между отдельными параметрами обло­ мочных частиц.

4.Для склоновых отложений и аллювия малых рек была принята

система опробования в нескольких точках, чтобы исключить ошибку в связи с возможной неоднородностью принятой нами генеральной со­ вокупности.

24

КРАТКИЙ ОЧЕРК ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ВОСТОЧНОГО И ЮГО-ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

Геологическое строение и инженерно-геологическая характеристика пород

Задачи комплексного анализа обломочных частиц требуют р а с ­ смотрения литологических спектров коренных пород и их инженерногеологических свойств, так как процессы обособления и разрушения

Древнейшими образованиями Восточной части Забайкалья являются стратифицированные метаморфизованные толщи позднего архея, разви­ тые в изолированных глыбах на левобережье р . Шилки и в бассейне р. Олѳкмы. Породы представлены гнейсами, кристаллосланцами, квар­ цитами, амфиболитами. Для большинства полей развития позднеархейских пород характерны плутонические тела соскладчатых гранитоидов (Смеловский, 1966).

Раннепротерозойские отложения распространены в южной части Олекмо-Витимской горной страны и в Приаргунье, где они представ­ лены толщами гнейсов, кристаллосланцев, карбонатных и вулканоген- но-карбонатных пород. Синийско-кембрийским временем датируются поля терригенных и карбонатных пород на левобережье р. Шилки, метаморфизованных осадочно-эффузивных пород в Приаргунье и бас­ сейне р . Амазар, метаморфизованных алевролитов и песчаников, а также кварцитов и кварцитовидных конгломератов в Приаргунье. На протяжении кембрия в Восточном Забайкалье накапливались толщи до ­ ломитов, песчаников и сланцев.

Протерозойские интрузивные образования, представленные грани­ тами (часто огнейсованными), гранодиоритами, кварцевыми диорита­ ми, диоритами, габбро, серпентинитами, встречаются в районах р а с ­ пространения близких по возрасту осадочно-метаморфических толщ.

Раннепалеозойские граниты и гранодиориты, реже диориты и г а б ­ бро, очень широко развиты по левобережью р. Шилки, а также в Приаргунье.

Отложения морских и прибрежных фаций среднего палеозоя накап­ ливались в пределах трех структурно-фациальных зон: Агинской, Газимурской и Аргунской. Для первой характерны песчанс—сланцевые толпш, переслаивающиеся с эффузивами спилите—кератофировой форма­ ции при подчиненной роли известняков, филлитов, яшм. В Газимурской

25

зоне наряду с преобладающими песчаниками и сланцами присутствуют пззестняки и аргиллиты. Среднепалеозойские отложения Аргунской зоны представлены доломитовыми известняками, известняками, квар­ цитами, аргиллитами, кремнистыми сланцами, песчаниками. Интрузив­ ная деятельность на протяжении среднего палеозоя проявилась слабо.

Вперми в среднем течении р. Онона и бассейне верховий р. Борзи сформировались морские терригенные осадки. В Приаргунье известны верхнепермские континентально-лагунные аргиллиты. Позднепалеозойские интрузивы, представленные гранитами, гранодиоритами, кварце­ выми диоритами, диоритами и габбро, широко развиты в междуречье рек Шилки и Аргуни. Характерна последовательная смена небольших масс основных и средних интрузивов каменноугольного возраста уме­ ренно кислыми и кислыми образованиями нижней перми, сформировав­ шими крупные массивы.

Вверхнем триасе в Пришилкинской зоне отлагались толщи преи­ мущественно песчаниковых морских отложений. Интрузии триасового возраста сформировали по левобережью р. Шилки многочисленные средние и крупные массивы гранит-порфиров, различных гранитов, гранодиоритов, кварцевых диоритов и диоритов.

На протяжении юры в остаточно-геосинклинальном бассейне Вос ­ точного Забайкалья накапливались мощные толщи морских осадков: аргиллитов, алевролитов, песчаников, гравелитов, конгломератов, на смену которым пришли вулканогенные осадки (андезиты, порфириты, кварцевые порфириты, кварцевые порфиры, базальты, туфы, туфоконгломераты, туфопесчаники). В широко распространенных грабенообразных впадинах во второй половине юры начали накапливаться континен­ тальные отложения. В нижнем мелу продолжающееся осадконакопле-

ние озерно-аллювиального характера охватило большие площади гра ­ бен-синклинальных впадин. Сланцы и песчаники, преобладающие в раз­ резах депрессионных отложений, перемежаются с пластами конгломе­ ратов, основных и кислых эффузивов и их туфов.

Интрузии юрского возраста относятся к типу трещинных и пред­ ставлены многочисленными небольшими массивами диоритов, грано­ диоритов, граносиенитов и гранитов различного состава, а также их порфировыми разностями. Верхнеюрские и преднижнемеловые интрузив­ ные образования особенно характерны для центральной и восточной частей Читинской области.

К образованиям кайнозоя относятся депрессионные озерно-аллю- виальные отложения и коры выветривания неогенового возраста (на юго-востоке области); плиоценовые пролювиально-аллювиальные пески и гравийники с прослоями глин, развитые в большинстве речных долин бассейна р. Амур; четвертичные аллювиальные, озерные и склоновые отложения.

Движения ряда эпох тектогенеза, накладываясь друг на друга, обу­ словили сложность структурного плана Забайкалья. Северная часть территории сформировалась в результате архейских, протерозойских

26

системе. Большая часть Центрального Забайкалья и юг Олекмо-Витим- ской горной страны располагаются в промежуточной полосе между названными двумя областями.

Крупные тектонические области разделены региональными глубин­ ными разломами ( Шилкинский, Газимурский и др.). Разрывные нару­ шения, заложившиеся еще в докембрии, активно развивались в палео­ зое, направляя внедрение интрузивных масс. Мезозойская активиза­ ция древних разломов захватила обширную полосу Монголе—Охотского пояса, способствуя усложнению блоково-глыбовой структуры и направ­ ляя магматическую деятельность. Тогда же окончательно оформилось

чайно скудны, поэтому представляет интерес работа Е.М.Сергеева и Н.С.Красиловой (1962), в которой систематически описаны свойства

Величина прочности палеозойских и мезозойских гранитоидов, ко ­ торые на изученной территории преобладают, оценивалась на основа­ нии испытаний образцов на сжатие. У палеозойских гранитоидов проч­ ность оказалась больше, чем у мезозойских. Наибольшую прочность имеют образцы разгнейсованных биотитовых гранито-Гнейсов (10501012кг/см^), затем идут среднезернистые граниты (960-786 кг/см2), далее крупнозернистые граниты (510 кг/см ) , и, наконец, наименьшая

гранитоидам свойственна отчетливая и равномерная зернистость с присутствием порфировидных вкрапленников. Эти различия очень хо­ рошо проявляются при испытании образцов на сопротивление сжатию,

ловатые обломки с гладкими поверхностями, нередко секущими крис­ таллы кварца и полевого шпата. Во всех случаях отмечалось умень­ шение прочности образцов от мелкозернистых к крупнозернистым р а з ­ ностям.

27

Характер зернистости оказывает наибольшее влияние на потерю прочности пород. Влияние же минералогического состава пород более четко прослеживается при изучении потери прочности в процессе вы ­ ветривания и водонасыщения. Так, гранодиориты из района с . Ерма - ково - с. Кумара, обогащенные биотитом, в сухом состоянии имеют прочность 800-1000 к г / с м 2 , а в водонасыщенном - 400-600 кг/см2; их коэффициент размягчаемости близок к 0,5. У остальных гранитоидов ко эффициент размягчаемости оказался равным 1,0-0,8, а для сильно выветрелых разностей 0,55-0,65. Потеря прочности гранитоидов в водона­ сыщенном состоянии составляет около 20%, а после 35 циклов замора­

прочность сланцев возрастает. Тектонические нарушения резко снижа­ ют прочность пород. Так, образец сильно дислоцированных сланцев из района устья р. Амазар имел прочность 400 к г / с м 2 . Механическая прочность сланцев при всех испытаниях определялась перпендикулярно или под некоторым углом к сланцеватости.

Осадочные породы (сланцы, алевролиты, песчаники, конгломераты), как отмечалось выше, широко распространены в юго-восточной части Забайкалья. В других районах они занимают небольшие площади, встречаясь лишь в межгорных депрессиях. Глинистые и глинисто-углис тые сланцы неустойчивы к выветриванию и легко распадаются на мелкую плитчатую щебенку, которая в процессе выветривания пе ­ реходит в мягкую, иногда даже вязкопластичную массу. В воде гли­ нистые сланцы размягчаются, Намного прочнее алевролиты. Окремнелые алевролиты имеют очень высокую прочность (1000 к г / с м 2 ) ; при водонасыщении и 35 циклах замораживания прочность уменьшается не­

в 3-4 раза. Конгломераты можно разделить на крепко сцементирован­ ные и рыхло сцементированные.

28

висимости от водопотношения после 35 циклов замораживания по срав­ нению с прочностью в водонасышенном состоянии (рис. 5). Большая часть наблюдений свидетельствует об уменьшении прочности пород в таких условиях. Исключение составляют меловые эффузивы (андези­ ты и дациты), давшие значительное отклонение и не включенные в

сланцы, большая часть алевролитов и песчаников); среднеустойчивые (слюдяные сланцы, окремнелые алевролиты и некоторые разности пес ­ чаников); устойчивые (граниты, гранодиориты, диориты, катаклазиты, гранито-гнейсы); очень.устойчивые (базальты). Этот ряд в целом без учета локальных тектонических нарушений может считаться при­ годным и для изучаемых районов Забайкалья.

Рассмотрев особенности геологического строения и механические свойства пород, можно заметить:

1. Наибольшее распространение в Забайкалье имеют породы гранитоидного ряда при подчиненном положении осадочных и метаморфичес­ ких пород.

2. Тектоническая жизнь на территории привела к созданию сложно построенных структур горст-антиклинального и грабен-синклинально­ го типов. Кайнозойские структуры в значительной мере унаследованы от мезозойских в тенденциях развития.

3. Инженерно-геологические свойства пород позволяют выделить прочные, главным образом магматические породы, и менее прочные, преимущественно осадочные породы. В зоне деятельного слоя потеря прочности пород в значительной мере связана с периодическим з а ­ мораживанием, что приводит к потере прочности в 1,5-2,0 раза.

29